Производство комплексных лигатур на основе щелочноземельных металлов

Наиболее рациональными с точки зрения получения и применения являются следующие лигатуры со ЩЗМ:

1 – Fe-Ca-Si-Mg;

2 – Fe-Si-Ca-Ba;

3 – Fe-Ca-Si-Sr;

4 – Fe-Si-Ca-Ba-Mg;

5 - Fe-Si-Ca-Mg-Sr;

6 - Fe-Si-Ca-Mg-Ba-Sr.

Получение лигатур ЩЗМ возможно как путем сплавления дорогостоящих материалов в индукционных и электродуговых печах, так и методом восстановительной плавки.

При восстановительной плавке лигатур ЩЗМ сохраняются основные закономерности восстановления элементов из соединений. Вместе с тем, одновременное наличие в шихте и расплаве таких активных элементов, как Мg, Са, Si! Оказывает определенное влияние на процесс плавки.

Например, кальций является более эффективным восстановителем магния, чем кремний. Следовательно, при получении лигатуры I физико-химические условия восстановления магния благоприятнее, чем при выплавке лигатур типа Fe – Si – Мg.

При силикотермическом восстановлении очень важную роль играет правильный выбор соотношения восстановителя и оксидов кальция и магния. В лигатуре I максимальная концентрация магния получена при Si/(СаО+МgО) = 0,5-0,6, т.е при соотношении, обеспечивающем также достаточную концентрацию кальция.

Концентрация магния и кальция в лигатуре в значительной степени определяется содержанием плавикового шпата в шихте. Максимальные ее значения достигаются при одном и том же соотношении СаF₂/(СаО+ МgО) = 0,10 - 0 15, оптимальном с точки зрения использования кремния, а также извлечения магния и кальция в сплав.

Таблица 1

Химический состав рудной части шихты, %

Материал	CaO	MgO	SiO₂	Al₂O₃	BaSO₄	BaCO₃	SrSo₄	SrCo₃	Fe₂O₃	CaF₂
Обожженный доломит	55,54	37,88	1,79	2,53	-	-	-	-	1,07	-
Известь	94,8	-	0,92	0,95	-	-	-	-	-	-
Баритовая руда	1,73	Сл	19,47	3,79	68,80	0,40	-	-	4,91	-
Баритовый концентрат	3,50	0,12	4,10	1,21	85.00	1,5	-	-	1,08	-
Карбонат стронция	5,90	1,70	6,00	-	1,58	1,30	2,65	80,15	-	-
Целестиновый концентрат	4,30	-	-	1,10	3,85	-	80,00	-	0,90	-
Фоюоритовый концентрат	1,10	-	1,50	-	-	-	-	-	0,29	95,60

Таблица 2

Расход шихты при выплавке комплексних лигатур со ЩЗМ, кг/т

Тип лигатуры	Известь	Доломит	Ферросилиций	Баритовый концентрат	Карбонат кальция	Флюоритовый концентрат
I	200-300	400-500	550-750	-	-	50-100
II		-	580-620	200-400	-
III		-	600-650	-	200-400
IV	200-300			200-400	-
V			570-600	-	100-200
VI

В зависимости от соотношения шихтовых материалов, и других факторов, содержание основных элементов в лигатурах изменяется в следующих пределах: 2,60 - 5,9% Мg, 8,70-22,54% Са, 3,10-14,94% Ва, 2,01-9,44% Sr; 12,81-24.60% Fе и52,00- 62,00% Si.

Выплавку осуществляют периодическим процессом с поэтапным (в два-три приема) загрузкой шихты.

Сульфатную руду заваливают в начале плавки. После полного расплавления шихты металл и шлак выпускали в изложницу. Затвердевший слиток извлекается из шлаковни и рассыпавшийся после остывания шлак отделяется от слитка металла.

Концентрация магния в лигатурах с барием в значительной мере зависит от способа подачи баритового сырья в печь При загрузке баритовой руды в начале плавки лигатура содержала до 4,75% а при загрузке ее в смеси с остальными компонентами ших1ы - до 2,8% Мg Максимальная концентрация магния достигается в плавках с плавиковым шпатом при МgО/СаО ~ 0,25 - 0,35. С дапьнейшим увеличением МgО в шихте концентрация магния в лигатуре снижается, что связано с уменьшением концентрации кальция являющегося восстанови гелем магния, т.е. со степенью протекания реакции.

МgО + (Са) = [Мg] + СаО

Рассчет

Требуется получить лигатуру состава, %: Са – 14; Мg – 7,6; Fe-Si - остальное (лигатура типа I). Состав шихтовых материалов следующий: известь - СаО – 94,8%; обож.доломит - СаО – 55,54%; МgО – 37,8%.

Извлечение элементов в сплав задано следующее, %: Са - 50; Мg - 43. Дополнительные условия; отношение СаF₂/(СаО+МgО) в шихте - 0,11; отношение Si/(СаО+МgО) в шихте - 0,53.

Расчет ведем на 100 кг сплава.

Расчет навески доломита

Для получателя в сплаве 7,6% Мg потребуется:

7,6∙(40/24)/0,43=29,46 кг MgO или доломита 29,46/0,378 = 77,9 кг.

Расчет навески извести

Всего требуется СаО для получения сплава 14∙(56/40)/0,50 = 39,2 кг.

Доломита вносит CaO: 77,9 ∙ 0,55 = 43,23 кг

Расчет навески флюоритового концентрата

С учетом условия отношения в шихте СаF₂/(СаО+MgO) = 0,11, потребуется СаF₂: х/[39,2 (CaO в шихте) + 29,46 (MgO в шихте)] = 0,11, CaF₂ = 7,55 кг или флюоритового концентрата: 7,55 / 0,95 =7,95 кг.